Chap 13: Champs et forces

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1 Chap 13: Champs et forces

2 I-Notion de champ 1 )Activité documentaire p202 Exploitation des cartes météo. 1-Ces lignes représentent des ensembles de points qui sont à la même pression atmosphérique; elles sont appelées : isobares

3 2- Document 2a. Les zones colorées représentent des zones qui sont à la même température.

4 3- Document 2b. Sur la carte du doc 2b, on peut repérer en chaque point la direction, le sens et la valeur de la vitesse du vent.

5 4-a- Une grandeur scalaire est représentée par un nombre. Exemples: la masse, le temps, la température. Pour connaître une grandeur vectorielle, en plus de sa valeur, il faut préciser sa direction et son sens. Exemples: une force, une vitesse.

6 4-b- Un champ scalaire est défini par une valeur en chaque point. Un champ vectoriel est défini par un vecteur (direction, sens, valeur) en chaque point.

7 2 )Définition Un champ est une grandeur physique mesurable associée à chaque point de l espace.

8 3 )Champ scalaire et champ vectoriel Un champ est appelé champ scalaire lorsque la grandeur physique mesurable est caractérisée par une valeur numérique. Exemple: le champ de température.

9 Un champ est appelé champ vectoriel lorsque la grandeur physique mesurable le caractérisant a les propriétés d un vecteur. Caractéristiques: Direction, sens, valeur. Exemple: le champ de vitesse du vent.

10 4 )Ligne de champ Le vecteur représentant le champ vectoriel en un point A est tangent en A à une courbe appelée ligne de champ, ligne orientée dans le même sens que le vecteur champ.

11 5 )Champ uniforme Dans une région de l espace, un champ est uniforme si la grandeur physique le définissant a les mêmes caractéristiques en tout point. Cas d un champ vectoriel: le vecteur champ est un vecteur constant.

12 II-Champ électrostatique 1 )Détection Objet-test permettant de mettre en évidence un champ électrostatique en un point de l espace: le pendule électrostatique. La boule du pendule placée en un point où règne un champ électrostatique subit une force de la part du champ.

13 2 )Etude exp érimentale.

14 3 )Relation entre le champ E et la force F

15 Rappels Le vecteur E en un point est tangent à la ligne de champ qui passe par ce point. La ligne de champ est orientée dans le sens du champ. Le champ électrostatique à l intérieur d un condensateur plan est uniforme.

16 III-Champ magnétique Les aimants, les circuits parcourus par des courants, la Terre, sont des sources de champs magnétiques 1 )Détection d un champ magnétique Objet-test: une aiguille aimantée. placée en un point au voisinage d un aimant, elle subit une action mécanique.

17 2 )Le vecteur champ magn étique B Représentation. -origine: le point choisi. -direction : celle d une aiguille aimantée placée en ce point. Sens: celui du vecteur SN défini à partir des pôles Nord et Sud de l aiguille aimantée.

18 Voir TP Exemples :aimant droit; aimant en U.

19 3 )Champ magn étique créé par un courant Exemple: le solénoïde.

20 A l intérieur du solénoïde, les lignes de champ sont parallèles. La mesure au teslamètre montre que la valeur du champ magnétique est constante sauf dans la région des bords. A l intérieur du solénoïde, le champ magnétique est uniforme.

21 IV-Le champ magnétique terrestre 1 ) Origine La Terre est une source de champ magnétique. Il résulte des mouvements de matière dans les profondeurs( dans le noyau) de la planète. 2 ) Observations à l aide d une aiguille aimantée -L aiguille aimantée d une boussole pointe vers un lieu décalé par rapport au nord géographique.

22 Doc 5 p. 208 Le champ magnétique terrestre peut être modélisé par le champ créé par un aimant droit placé au centre de la Terre.

23 L axe de l aimant droit fait un angle de 15 environ avec l axe de rotation de la Terre. Pôles géographiques et magnétiques ne sont pas confondus. A l heure actuelle, le pôle magnétique de l hémisphère nord (qui est un pôle sud d aimant) est distant d environ 1000km du pôle nord géographique.

24 En un lieu donné, l angle entre la direction du pôle géographique et celle du pôle magnétique est appelée «déclinaison» ex25p.217

25 3 )Inclinaison Dans l hémisphère Sud, l aiguille d une boussole oriente vers le haut son pôle nord (l extrémité sensée indiquer le nord).

26 I: angle entre les lignes de champ et l horizontale.

27 Actuellement, à Paris l inclinaison est de 64. A la Réunion environ 50. L orientation du champ magnétique terrestre varie en permanence. Il s est inversé plusieurs fois au cours des temps. Sa valeur dépend du lieu. Actuellement, elle vaut entre 20 µt et 70 µt.

28 V-Champ de gravitation et champ de pesanteur 1 )Champ de gravitation a- loi de gravitation universelle (rappel) Deux objets de masses respectives m et M, dont les centres sont séparés d une distance d, exercent l un sur l autre des forces d attraction gravitationnelle, ayant la même intensité F: G mm direction: droite joignant les F = centres des 2 objets d 2

29 b-champ de gravitation Un champ de gravitation règne en un point de l espace lorsqu un objet de masse m (objet-test), placé en ce point, y subit une action mécanique d attraction gravitationnelle, du fait de la présence de l autre.

30 -Le champ gravitationnel, noté G est un champ vectoriel. -Il est centripète: toutes les lignes de champ sont orientées vers le centre de l objet qui crée le champ de gravitation.

31

32 Ex: corps à répartition sphérique de masse, de centre O, de masse M, à l origine du champ: -Direction de G: droite qui joint O au point A où on étudie le champ; -Sens : de A vers O; -Valeur: F G M G = = m d 2 G s exprime en N. kg -1

33

34 2 )Champ de pesanteur Au voisinage de la Terre, un objet de masse m (objet-test) est soumis à son poids P. Au voisinage de la Terre, règne un champ de pesanteur, noté g, tel que:

35 Intensité moyenne de la pesanteur g= 9,8N.kg-1

36 3 )Champ de pesanteur local Le champ de pesanteur local g est uniforme.

37 4 )Champs de gravitation et de pesanteur

38 La verticale d un lieu est donnée par la direction d un fil à plomb. Etant donné le mouvement de rotation de la Terre, le fil à plomb n est en fait pas exactement dirigé vers le centre de la Terre

39 Les champs de pesanteur g et de gravitation G ne sont donc pas rigoureusement identiques. Cependant, en première approximation, au voisinage de la Terre, on peut écrire: g = G Terre g = G M T R 2 Terre

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